JP2007243473A - 弾性境界波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】不要応答を抑制することが可能な弾性波デバイスを提供すること。
【解決手段】本発明は、圧電性を有する第１媒質（１０）と、第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極（１２）と、第１媒質（１０）と異なる材料からなり、第１媒質上に電極（１２）を覆うように設けられた第２媒質（１４）を有する弾性境界波デバイスにおいて、第２媒質（１４）上に設けられた吸音部（２０）を有する弾性境界波デバイスである。または、第２媒質上に設けられた凸部を有する弾性境界波デバイスである。または、第２媒質上に設けられた第３媒質を有し、第３媒質の膜厚は電極の周期の０．２５倍以上である弾性境界波デバイスである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、弾性境界波デバイスに関し、特に、不要応答を抑制することが可能な弾性境界波デバイスに関する。

弾性波を応用した装置の一つとして、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave Device）デバイスが以前より良く知られている。このＳＡＷデバイスは、例えば携帯電話に代表される４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯における無線信号を処理する各種回路、例えば送信バンドパスフィルタ、受信バンドパスフィルタ、局発フィルタ、アンテナ共用器、ＩＦフィルタ、ＦＭ変調器等に用いられている。

近年、弾性境界波を用いた弾性境界波デバイスの開発がされている。弾性境界波デバイスは、異なる２つの媒質の境界に弾性波が集中するため、２つの媒質の外表面に異物が付着した場合であっても、弾性表面波デバイスのように周波数の変動や電気的損失の増大などの特性の変化あるいは劣化が生じることはない。

弾性表面波デバイスにおいては、共振器としては使用しない不要応答が問題となる。そこで、特許文献１においては、弾性表面波デバイスの基板のエッジにアブソーバやグレーティングを設け、反射される不要表面反射波を抑制する技術が開示されている。また、特許文献２には、弾性表面波デバイスの基板端面に吸音材を設けることにより、バルク波の反射を抑制する技術が開示されている。特許文献３には、弾性表面波デバイスの基板端面に段差を設けることによりバルク波の反射を抑制する技術が開示されている。
特開平６−１１２７６４号公報 特開平４−２３９２１０号公報 特開平４−８２３１５号公報

弾性境界波デバイスにおいては、異なる２つの媒質の境界の境界波以外に不要応答として励振される波が存在する。本発明は、上記不要応答を抑制することが可能な弾性境界波デバイスを提供することを目的とする。

圧電性を有する第１媒質と、該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、前記第２媒質上に設けられた吸音部と、を具備することを特徴とする弾性境界波デバイスである。本発明によれば、吸音部が第２媒質の表面の表面波のエネルギーを低減させるため、表面波に起因する不要応答を低減させることができる。

上記構成において、前記第１媒質および前記第２媒質とは異なる材料からなり、前記第２媒質と前記吸音部との間に設けられた第３媒質を具備する構成とすることができる。この構成によれば、吸音部が第３媒質の表面の表面波のエネルギーを低減させるため、表面波に起因する不要応答を低減させることができる。

本発明は、圧電性を有する第１媒質と、該第１の媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、前記第２媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、前記第２媒質上に設けられた凸部と、を具備することを特徴とする弾性境界波デバイスである。本発明によれば、凸部が第２媒質または第３媒質の表面の表面波を散乱させる。よって、表面波に起因する不要応答を低減させることができる。

上記構成において、前記凸部は複数設けられ、複数の前記凸部は前記電極と異なる周期性を有する構成とすることができる。この構成によれば、複数の凸部の周期を電極の周期と異ならせることにより、表面波の散乱を大きくし、表面波に起因する不要応答を一層低減することができる。

上記構成において、前記凸部は複数設けられ、複数の前記凸部は不規則に設けられた構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記凸部は前記第２媒質と同じ材料からなる構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記凸部は前記第２媒質と異なる材料からなる構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記凸部は複数設けられ、複数の前記凸部の一部は前記第２媒質と同じ材料からなり、複数の前記凸部のうち他の一部は前記第２媒質と異なる材料からなる構成とすることができる。さらに、前記第１媒質および前記第２媒質とは異なる材料からなり、前記第２媒質と前記凸部との間に設けられた第３媒質を具備する構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記凸部は前記第３媒質と同じ材料からなる構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記凸部は複数設けられ、複数の前記凸部の一部は前記第２媒質と同じ材料からなり、複数の前記凸部のうち他の一部は前記第３媒質と同じ材料からなる構成とすることができる。

本発明は、圧電性を有する第１媒質と、該第１の媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、前記第１媒質および前記第２媒質とは異なる材料からなり、前記第２媒質上に設けられた第３媒質と、を具備し、前記第３媒質の膜厚は前記電極の周期の０．２５倍以上であることを特徴とする弾性境界波デバイスである。本発明によれば、不要な応答を抑制することができる。

本発明によれば、不要応答を抑制することが可能な弾性境界波デバイスを提供することができる。

図１は弾性境界波デバイスを用いた１ポート共振器の通過特性を示す図である。低周波側の境界波の応答の他に、高周波側に不要な応答がある。このような不要応答がある場合、例えば、弾性境界波デバイスをフィルタに使用する際、良好な抑圧特性が得られない。このように、不要応答は良好な周波数特性の妨げとなる。そして、発明者らの実験によると、弾性境界波デバイスのこのような不要応答は、従来弾性表面波デバイスでみられたような、周期の細かいスプリアスとは特性が大きく異なる。そのため、特許文献１から３に記載されているように、基板の端面に吸音材や段差を設けることでは抑制できない。不要応答の原因として、弾性境界波デバイスの表面波による応答であり、応答の大きさからレイリー波の高次モードであるセザワ波であると考えられる。そこで、不要応答を抑制することが可能な弾性表面波デバイスとして、以下に実施例を説明する。

実施例１は、表面に吸音部を設けた例である。図２は、実施例１に係る弾性境界波デバイスの断面図である。回転Ｙ板のＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）基板の圧電基板１０（第１媒質）上に、Ｃｕ(銅)等の金属からなる電極１２が設けられている。電極１２は、すだれ電極（ＩＤＴ）または櫛形電極であり、弾性波を励振する電極である。圧電基板１０上に電極１２を覆うように、圧電基板１０とは異なる材料の酸化シリコン膜１４（第２媒質）が設けられている。酸化シリコン膜１４上に、シリコン樹脂からなる吸音部２０が設けられている。酸化シリコン膜１４は圧電基板１０に対し音速が遅い。よって、弾性境界波は酸化シリコン膜１４の圧電基板１０界面に集中し伝搬する。

図３は吸音部２０を設けない弾性境界波デバイス（従来例）と実施例１に係る弾性境界波デバイスの周波数に対する挿入損失を示した図である。実施例１においては、高周波側の表面波に起因した不要応答が小さくなっている。このように、実施例１によれば、酸化シリコン膜１４上に設けられた吸音部２０が酸化シリコン膜１４の表面の表面波のエネルギーを低減させるため、表面波に起因する不要応答を低減させることができる。なお、吸音部２０は、酸化シリコン膜１４の表面の表面波のエネルギーを低減する材料からなり、例えば、樹脂からなる。樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂、紫外線硬化樹脂およびポリイミド樹脂を用いることができる。パッケージへの実装工程を考慮すると１５０℃以上の耐熱性を有することが好ましい。また、酸化シリコン膜１４上の吸音部２０は酸化シリコン膜１４の表面全体に設けることが好ましいが、少なくとも一部に設けられていれば良い。

実施例２は酸化シリコン膜１４と吸音部２０との間に酸化アルミニウム膜１６が設けられた例である。図４を参照に、実施例２に係る弾性境界波デバイスは、圧電基板１０および酸化シリコン膜１４とは異なる材料からなる酸化アルミニウム膜１６（第３媒質）が、酸化シリコン膜１４と吸音部２０との間に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり同じ部材は同じ符号を付し説明を省略する。実施例２によれば、酸化シリコン膜１４上に、酸化シリコン膜１４上より音速の速い酸化アルミニウム膜１６が設けられているため、弾性境界波は酸化シリコン膜１４内に閉じ込められる。また、酸化アルミニウム膜１６上に設けられた吸音部２０が酸化アルミニウム膜１６の表面の表面波のエネルギーを低減させるため、表面波に起因する不要応答を低減させることができる。

実施例３は、酸化シリコン膜または酸化アルミニウム膜上に凸部が設けられた例である。図５（ａ）を参照に、圧電基板１０（第１媒質）上に、電極１２が設けられている。圧電基板１０上に電極１２を覆うように、圧電基板１０とは異なる材料の酸化シリコン膜１４（第２媒質）が設けられている。酸化シリコン膜１４上に酸化シリコンからなる複数の凸部２２ａが周期性を有して設けられている。図５（ｂ）を参照に、実施例３の酸化シリコン膜１４上に酸化アルミニウム膜１６が設けられ、酸化アルミニウム膜１６上に酸化アルミニウムからなる複数の凸部２２ｂが周期性を有して設けられている。図５（ｃ）を参照に、酸化シリコン膜１４上に酸化シリコンからなる複数の凸部２２ｃが不規則に設けられている。図５（ｄ）を参照に、酸化シリコン膜１４上に酸化アルミニウムからなる複数の凸部２２ｂが周期性を有し設けられている。

図６（ａ）を参照に、酸化シリコン膜１４上に酸化シリコンからなる複数の凸部２２ａと酸化アルミニウムからなる複数の凸部２２ｂが周期性を有し設けられている。図６（ｂ）を参照に、酸化シリコン膜１４上に酸化アルミニウムからなる複数の凸部２２ｄが不規則に設けられている。図６（ｃ）を参照に、酸化シリコン膜１４上に酸化シリコンからなる複数の凸部２２ｃと酸化アルミニウムからなる複数の凸部２２ｄが不規則に設けられている。図６（ｄ）を参照に、酸化シリコン膜１４上の酸化アルミニウム膜１６上に酸化アルミニウムからなる複数の凸部２２ｄが不規則に設けられている。

図７（ａ）を参照に、酸化シリコン膜１４上の酸化アルミニウム膜１６上に酸化シリコンからなる複数の凸部２２ａが周期性を有し設けられている。図７（ｂ）を参照に、酸化シリコン膜１４上の酸化アルミニウム膜１６上に酸化シリコンからなる複数の凸部２２ａと酸化アルミニウムからなる複数の凸部２２ｂとが周期性を有し設けられている。図７（ｃ）を参照に、酸化シリコン膜１４上の酸化アルミニウム膜１６上に酸化シリコンからなる複数の凸部２２ｃが不規則に設けられている。図７（ｄ）を参照に、酸化シリコン膜１４上の酸化アルミニウム膜１６上に酸化シリコンからなる複数の凸部２２ｃと酸化アルミニウムからなる複数の凸部２２ｄとが不規則に設けられている。

実施例３によれば、酸化シリコン膜１４上に凸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃまたは２２ｄが設けられている。凸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃまたは２２ｄが酸化シリコン膜１４または酸化アルミニウム膜１６の表面の表面波を散乱させる。よって、表面波に起因する不要応答を低減することができる。なお、実施例３においては、凸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃまたは２２ｄの高さを０．５から２μｍとしたがこれに限られるものではない。また、実施例３においては、複数の凸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃまたは２２ｄを酸化シリコン膜１４または酸化アルミニウム膜１６の表面全てに設けているが、凸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃまたは２２ｄは１つ以上あれば良く、酸化シリコン膜１４または酸化アルミニウム膜１６の表面の少なくとも一部に設けられていれば良い。また、図５（ａ）から図７（ｄ）によれば、凸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄの周期、幅、間隔は電極１２の周期、幅、間隔より小さく図示されている。しかし、電極１２は模式的に６本で図示しているものであり、一般的には、凸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄの周期、幅、間隔は電極１２の周期、幅、間隔より大きい。

図５（ａ）、図５（ｂ），図５（ｄ）、図６（ａ）、図７（ａ）および図７（ｂ）のように、複数の凸部２２ａまたは２２ｂは電極１２とは異なる周期性を有し設けることができる。複数の凸部２２ａまたは２２ｂが電極１２の周期と異なる周期を有することにより、不要な応答の原因となる表面波を分散させることができる。図５（ｃ）、図６（ｂ），図６（ｃ）、図６（ｄ）、図７（ｃ）および図７（ｄ）のように、複数の凸部２２ａまたは２２ｂは不規則に設けることができる。

図５（ａ）、図５（ｃ）、図７（ａ）および図７（ｃ）のように、酸化シリコン膜１４と同じ材料からなる凸部２２ａ、２２ｃを用いても良いし、図５（ｂ）、図５（ｄ）、図６（ｂ）および図６（ｄ）のように酸化シリコン膜１４と異なる材料からなる凸部２２ｂ、２２ｄを用いても良い。また、図６（ａ）、図６（ｃ）、図７（ｂ）、図７（ｄ）のように、複数の凸部の一部は酸化シリコン膜１４と同じ材料からなる凸部２２ａまたは２２ｃ、凸部のうち他の一部は酸化シリコン膜１４と異なる材料からなる凸部２２ｂまたは２２ｄを用いてもよい。

図５（ｂ）、図６（ｄ）から図７（ｄ）のように、酸化シリコン膜１４と凸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃまたは２２ｄとの間に酸化アルミニウム膜１６が設けられていても良い。図５（ｂ）、図６（ｄ）のように、酸化アルミニウム膜１６と同じ材料からなる凸部２２ｂ、２２ｄを用いても良い。図７（ｂ）および図７（ｄ）のように、複数の凸部の一部は酸化シリコン膜１４と同じ材料からなる凸部２２ａまたは２２ｃ、凸部のうち他の一部は酸化アルミニウム膜１６と同じ材料からなる凸部２２ｂまたは２２ｄを用いてもよい。このように、任意に凸部の材料を選択することができる。

実施例4は３つの異なる材料からなる凸部を有する例である。図８（ａ）を参照に、酸化シリコン膜１４上に、酸化シリコンからなる複数の凸部２２ｃと酸化アルミニウムからなる複数の凸部２２ｄと酸化シリコン、酸化アルミニウムとは異なる材料からなる凸部２２ｅとが不規則に設けられている。

図８（ｂ）は実施例４の別の例である。酸化シリコン膜１４と凸部２２ｃ、２２ｄとの間に酸化アルミニウム膜１６(第３媒質)が設けられている。実施例４のように、凸部２２として３以上の異なる材料を用いても良い。実施例４は凸部２２ｃ、２２ｄおよび２２ｄが不規則に設けられた例であったが、周期性を有し設けられていてもよい。

実施例５は凸部２２ｃ、２２ｄの表面を平坦にした例である。図９（ａ）を参照に、圧電基板１０（第１媒質）上に、電極１２が設けられている。圧電基板１０上に電極１２を覆うように、圧電基板１０とは異なる材料の酸化シリコン膜１４（第２媒質）が設けられている。酸化シリコン膜１４上に酸化アルミニウムからなる複数の凸部２２ｄが不規則にて設けられている。凸部２２ｄの間には酸化シリコン膜からなる凸部２２ｃが設けられている。

図９（ｂ）は実施例５の別の例である。酸化シリコン膜１４と凸部２２ｃ、２２ｄとの間に酸化アルミニウム膜１６（第３媒質）が設けられている。実施例５のように、異なる材料からなる凸部２２ｃと凸部２２ｄとが接して設けられ、凸部２２ｃと凸部２２ｄの表面を平坦とすることができる。実施例５は凸部２２ｃおよび２２ｄが不規則に設けられた例であったが、周期性を有し設けられていてもよい。また、凸部２２ｃ、２２ｄとしては、第２媒質、第３媒質以外の材料を用いることもできる。

実施例６は酸化シリコン膜または酸化アルミニウム膜上に凸部および吸音部を設けた例である。図１０（ａ）を参照に、圧電基板１０（第１媒質）上に、電極１２が設けられている。圧電基板１０上に電極１２を覆うように、圧電基板１０とは異なる材料の酸化シリコン膜１４（第２媒質）が設けられている。酸化シリコン膜１４上に酸化シリコンからなる複数の凸部２２ａが周期性を有して設けられている。また、酸化シリコン膜１４、凸部２２a上には、例えばシリコン樹脂からなる吸音部２０が設けられている。

図１０（ｂ）は実施例６の別の例であり、酸化シリコン膜１４と凸部２２ａとの間に酸化アルミニウム膜１６(第３媒質)が設けられている。実施例６によれば、吸音部２０が酸化シリコン膜１４若しくは酸化アルミニウム膜１６並びに凸部２２ａの表面の表面波のエネルギーを低減させるため、表面波に起因する不要応答を一層低減させることができる。

実施例７は酸化アルミニウム膜１６の膜厚を厚くした例である。図１１を参照に、実施例７に係る弾性境界波デバイスは、圧電基板１０（第１媒質）上に、電極１２が設けられている。圧電基板１０上に電極１２を覆うように、圧電基板１０とは異なる材料の酸化シリコン膜１４（第２媒質）が設けられている。酸化シリコン膜１４上に、酸化アルミニウム膜１６（第３媒質）が厚く形成されている。図１２は酸化アルミニウム膜１６の膜厚ｈを変えた場合の弾性境界波デバイスを用いた１ポート共振器の通過特性で表面波応答部を拡大した図である。電極１２の周期をλとしたとき酸化アルミニウム膜１６の膜厚ｈを０．２５λ、０．３λ、０．３５λと厚くすると、表面波の応答は小さくなる。また、酸化アルミニウム膜１６の膜厚ｈが０．２５λより小さくなると境界波が減衰されるため好ましくない。このように、酸化アルミニウム膜１６の膜厚ｈは厚い方が好ましい。特に、酸化アルミニウム膜１６の膜厚ｈを電極１２の周期λの０．２５倍以上とすることにより、不要な応答を抑制することができる。なお、図９に用いた弾性境界波デバイスでは、酸化シリコン膜１４の膜厚を５００ｎｍ、電極１２の周期を２０００ｎｍとした。

実施例１から７は、第１媒質としてＬＮ圧電基板１０、第２媒質として酸化シリコン膜１４、第３媒質として酸化アルミニウム膜１６、電極１２としてＣｕを例に説明した。第１媒質はＬｉＴａＯ_３基板等の圧電性を有する材料、第２媒質は第１媒質と異なる材料であればよい。弾性境界波を境界付近に閉じ込めるため、第２媒質は第１媒質および第３媒質より音速の遅い材料であることが好ましい。また、電極１２は導電性を有する材料であれば良い。電極１２は弾性境界波の反射を抑制するためには、ＣｕやＡｕのように密度が高い金属を用いることが好ましい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は従来の弾性境界波デバイスの周波数に対する挿入損失を示す図である。 図２は実施例１に係る弾性境界波デバイスの断面図である。 図３は実施例１に係る弾性境界波デバイスの周波数に対する挿入損失を示す図である。 図４は実施例２に係る弾性境界波デバイスの断面図である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は実施例３に係る弾性境界波デバイスの断面図（その１）である。 図６（ａ）から図６（ｄ）は実施例３に係る弾性境界波デバイスの断面図（その２）である。 図７（ａ）から図７（ｄ）は実施例３に係る弾性境界波デバイスの断面図（その３）である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は実施例４に係る弾性境界波デバイスの断面図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は実施例５に係る弾性境界波デバイスの断面図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は実施例６に係る弾性境界波デバイスの断面図である。 図１１は実施例７に係る弾性境界波デバイスの断面図である。 図１２は実施例７に係る弾性境界波デバイスの表面波周波数に対する挿入損失を示す図である。

符号の説明

１０ 圧電基板
１２ 電極
１４ 酸化シリコン膜
１６ 酸化アルミニウム膜
２０ 吸音部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ 凸部

Claims (12)

1. 圧電性を有する第１媒質と、
   該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、
   前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、
   前記第２媒質上に設けられた吸音部と、を具備することを特徴とする弾性境界波デバイス。
2. 前記第１媒質および前記第２媒質とは異なる材料からなり、前記第２媒質と前記吸音部との間に設けられた第３媒質を具備することを特徴とする請求項１記載の弾性境界波デバイス。
3. 圧電性を有する第１媒質と、
   該第１媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、
   前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、
   前記第２媒質上に設けられた凸部と、を具備することを特徴とする弾性境界波デバイス。
4. 前記凸部は複数設けられ、複数の前記凸部は前記電極とは異なる周期性を有することを特徴とする請求項３記載の弾性境界波デバイス。
5. 前記凸部は複数設けられ、複数の前記凸部は不規則に設けられたことを特徴とする請求項３記載の弾性境界波デバイス。
6. 前記凸部は前記第２媒質と同じ材料からなることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項記載の弾性境界波デバイス。
7. 前記凸部は前記第２媒質と異なる材料からなることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項記載の弾性境界波デバイス。
8. 前記凸部は複数設けられ、複数の前記凸部の一部は前記第２媒質と同じ材料からなり、複数の前記凸部のうち他の一部は前記第２媒質と異なる材料からなることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項記載の境界波デバイス。
9. 前記第１媒質および前記第２媒質とは異なる材料からなり、前記第２媒質と前記凸部との間に設けられた第３媒質を具備することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項記載の弾性境界波デバイス。
10. 前記凸部は前記第３媒質と同じ材料からなることを特徴とする請求項９記載の弾性境界波デバイス。
11. 前記凸部は複数設けられ、複数の前記凸部の一部は前記第２媒質と同じ材料からなり、複数の前記凸部のうち他の一部は前記第３媒質と同じ材料からなることを特徴とする請求項９記載の弾性境界波デバイス。
12. 圧電性を有する第１媒質と、
    該第１の媒質上に設けられた弾性波を励振する電極と、
    前記第１媒質と異なる材料からなり、前記第１媒質上に前記電極を覆うように設けられた第２媒質と、
    前記第１媒質および前記第２媒質とは異なる材料からなり、前記第２媒質上に設けられた第３媒質と、を具備し、
    前記第３媒質の膜厚は前記電極の周期の０．２５倍以上であることを特徴とする弾性境界波デバイス。
    

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